(57)【要約】 【課題】  二次保護回路を構成する温度補償用のＰＴＣサーミスタ等の保護素子が温度検出対象となる電池セルから外れた場合でも、規定以上の発熱や電池セルの劣化を防止できるリチウムイオン二次電池パックとリチウムイオン二次電池パックへ充電するための充電器もしくは充電回路搭載機器、および充電システムを提供する。【解決手段】  一次保護回路１０４にＰＴＣサーミスタ１０６等の保護素子の温度を検出する第一のサーミスタ１０７、および電池セル１０１の温度を検出する第二のサーミスタ１０８を接続して、温度情報をリチウムイオン二次電池パック１００に備えた第一のサーミスタの信号出力端子（ＴＨ１）１１２、および第二のサーミスタの信号出力端子（ＴＨ２）１１３から出力可能とし、充電時、充電器もしくは充電回路搭載機器２００は温度情報を基に、リチウムイオン二次電池パック１００の良／不良を判定して警告表示し、充電の継続または停止を行なう。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギーを蓄電する電池セルと、前記電池セルの過充電および過放電ならびに過電流を含む事象を検出して制御する、一次保護回路および二次保護回路を備えた二次電池パックであって、
前記一次保護回路は、少なくとも第一のサーミスタおよび第二のサーミスタを備え、
かつ前記二次保護回路は、少なくとも温度補償用の保護素子を備えるものからなり、
前記保護素子は、前記電池セルと熱伝導するよう着接し、
かつ前記第一のサーミスタは、前記保護素子と熱伝導するよう着接し、
かつ前記第二のサーミスタは、前記保護素子の近傍にあって、前記電池セルと熱伝導するよう着接して構成するとともに、
前記第一のサーミスタの信号出力端子および前記第二のサーミスタの信号出力端子を備えることを特徴とする二次電池パック。
【請求項２】
前記保護素子は、ＰＴＣサーミスタであることを特徴とする請求項１に記載の二次電池パック。
【請求項３】
前記電池セルは、リチウムイオン二次電池セルであることを特徴とする請求項１ないし２のいずれかに記載の二次電池パック。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の二次電池パックへ、充電電流および充電電圧を制御しながら充電する充電器もしくは充電回路搭載機器であって、
前記二次電池パックの第一のサーミスタの信号出力端子および前記第二のサーミスタの信号出力端子から出力される各々の温度情報を基に、前記二次電池パックの良／不良を判定する温度判定回路と、
前記二次電池パックに充電する充電電流および充電電圧を制御する充電回路と、
前記二次電池パックの不良の警告を表示する表示部を備え、
前記温度情報が、あらかじめ設定した所定の温度より大きい場合、前記二次電池パックへの充電を停止する機能を有することを特徴とする充電器もしくは充電回路搭載機器。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれかに記載の二次電池パックと、請求項３に記載の充電器もしくは充電回路搭載機器からなる充電システムであって、
前記二次電池パックは、少なくとも正極充放電端子と、負極充放電端子と、前記第一のサーミスタの信号出力端子と、前記第二のサーミスタの信号出力端子とを有した接続コネクタを具備し、
前記充電器もしくは充電回路搭載機器は、前記接続コネクタを介して、前記二次電池パックへ充電を行なうとともに、
前記温度判定回路の判定に基づいて、前記充電を継続または停止することを特徴とする充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池パック、特にリチウムイオン二次電池パック、およびこれに電気エネルギーを充電する充電器もしくは充電回路搭載機器、および前記二次電池パックと前記充電器もしくは充電回路搭載機器とで構成される充電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、二次電池パック、特にリチウムイオン二次電池パックは、過充電および過放電ならびに過電流等の事象に起因する規定以上の発熱やこれにともなう電池セルの劣化を防止する目的で、一次保護回路および二次保護回路を備えている。一次保護回路は、充放電電流を遮断するＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等の充放電制御スイッチから構成される。また、二次保護回路は、温度補償を行なうＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタ等の保護素子から構成される。そして、ＦＥＴ等による充放電電流遮断、およびＰＴＣサーミスタ等の保護素子による温度補償は、一次保護回路および二次保護回路に接続された保護用ＩＣによって制御されている。また、温度補償を行なうＰＴＣサーミスタ等の保護素子は、両面テープや接着剤等を用いて、電池セルの上面部や側面部あるいは底面部へ密着して固定するのが一般的である。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ＰＴＣサーミスタ等の保護素子を、絶縁テープからなる両面テープを用いて、電池セルの上面部に密着して固定することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−７７４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以下、従来の二次電池パック、充電器もしくは充電回路搭載機器、および充電システムについて、リチウムイオン二次電池パックを例に挙げ、図面を用いて説明する。
【０００６】
図２は、従来のリチウムイオン二次電池パック、充電器もしくは充電回路搭載機器、および充電システムの構成を示すブロック図である。
【０００７】
図２に示すように、従来のリチウムイオン二次電池パック３００は、少なくとも、正極端子３０２および負極端子３０３を有する電池セル３０１と、充放電電流を遮断するＦＥＴ等からなる一次保護回路３０４と、温度補償用の保護素子、例えばＰＴＣサーミスタ３０６からなる二次保護回路で構成される。前記一次保護回路３０４は、前記正極端子３０２と前記負極端子３０３の間に接続され、前記二次保護回路は、前記負極端子３０３と前記一次保護回路３０４の間に接続され、前記二次保護回路を構成する前記ＰＴＣサーミスタ３０６は、前記電池セル３０１に両面テープ３０５で固定される。
【０００８】
また、前記リチウムイオン二次電池パック３００の所定の箇所には、充電器もしくは充電回路搭載機器４００から充電、あるいは前記電池セル３０１からの直流出力を放電するための、正極充放電端子（＋）３１０および負極充放電端子（−）３１１を備えた接続コネクタ３０９が設けられており、前記接続コネクタ３０９の前記正極充放電端子（＋）３１０および前記負極充放電端子（−）３１１を介して充電される充電電流は、前記一次保護回路３０４および前記二次保護回路を経由して、前記電池セル３０１へ供給される。また充電によって前記電池セル３０１に蓄電された電気エネルギーは、前記一次保護回路３０４および前記二次保護回路を経由して、前記接続コネクタ３０９の前記正極充放電端子（＋）３１０および前記負極充放電端子（−）３１１を介して放電される。
【０００９】
また、従来の充電器もしくは充電回路搭載機器４００は、少なくとも内部に充電回路４０１を備えており、前記充電回路４０１により、充電電流および充電電圧を制御し、前記接続コネクタ３０９を介して、前記電池セル３０１への充電を行うものである。
【００１０】
ＰＴＣサーミスタは、特定の温度で急激に電気抵抗を増大、すなわちトリップして、回路に流れる電流を制限する、温度補償に用いる回路保護素子であり、リチウムイオン二次電池パックの発熱を検出している。また、上述したように、ＰＴＣサーミスタ等の保護素子は、温度検出対象である電池セルの温度を正確に検出する必要があるため、特許文献１に記載のように、ＰＴＣサーミスタ等の保護素子を電池セルに密着させて、外れないよう固定する必要がある。
【００１１】
しかしながら、ＰＴＣサーミスタ等の保護素子を固定するために用いた両面テープの粘着材、または接着材の経時変化にともなう、粘着性または接着性の劣化、あるいは外部から受ける衝撃や電池セルの恒常的な発熱にともなうリチウムイオン二次電池パックの変形等が原因で、ＰＴＣサーミスタ等の保護素子が電池セルから外れ、正確な温度を検出できないことがあるという問題がある。
【００１２】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、二次保護回路を構成する温度補償用のＰＴＣサーミスタ等の保護素子が、温度検出対象となる電池セルから外れて、正確な温度検出が不可能となる場合であっても、規定以上の発熱やこれにともなう電池セルの劣化を防止することができるリチウムイオン二次電池パック等の二次電池パック、および前記二次電池パックへ充電するための充電器もしくは充電回路搭載機器、ならびに前記二次電池パックと前記充電器もしくは充電回路搭載機器からなる充電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
すなわち本発明によれば、電気エネルギーを蓄電する電池セルと、前記電池セルの過充電および過放電ならびに過電流を含む事象を検出して制御する、一次保護回路および二次保護回路を備えた二次電池パックであって、前記一次保護回路は、少なくとも第一のサーミスタおよび第二のサーミスタを備え、かつ前記二次保護回路は、少なくとも温度補償用の保護素子を備えるものからなり、前記保護素子は、前記電池セルと熱伝導するよう着接し、かつ前記第一のサーミスタは、前記保護素子と熱伝導するよう着接し、かつ前記第二のサーミスタは、前記保護素子の近傍にあって、前記電池セルと熱伝導するよう着接して構成するとともに、前記第一のサーミスタの信号出力端子および前記第二のサーミスタの信号出力端子を備える二次電池パックが得られる。
【００１４】
本発明の二次電池パックは、電池セルの過充電および過放電ならびに過電流を含む事象が原因で生じる、二次電池パックの規定以上の発熱やこれにともなう電池セルの劣化を防止する目的で備えた保護回路に特徴を有したものであって、ＦＥＴ等を構成要素とした一次保護回路、および温度補償用の保護素子を構成要素とした二次保護回路からなる、従来の保護回路に加えて、前記一次保護回路に、電池セルに固定された前記保護素子の温度検出を行なう第一のサーミスタ、および前記保護素子の近傍にあって、前記電池セルの温度検出を行う第二のサーミスタを電気的に接続するよう構成したものが好適である。そして前記二次電池パックは、前記第一のサーミスタおよび前記第二のサーミスタが検出した温度情報に基づく信号の各々を出力するための信号出力端子、すなわち第一のサーミスタの信号出力端子および第二のサーミスタの信号出力端子を備えたものが好適である。これにより、前記二次保護回路の前記保護素子が前記電池セルから外れてしまい、前記保護素子が前記電池セルの正確な温度検出ができず、温度補償が機能しない場合であっても、独立して機能する、前記第一のサーミスタが検出する前記保護素子の温度情報、および前記第二のサーミスタが検出する前記電池セルの温度情報の双方を、前記信号出力端子を介してモニタすることができる。
【００１５】
本発明によれば、前記保護素子は、ＰＴＣサーミスタである前記二次電池パックが得られる。
【００１６】
本発明の二次電池パックは、特に、温度補償用として優れた特性を有するＰＴＣサーミスタを前記二次電池パックの二次保護回路の保護素子として用いるのが好適である。また、この他の保護素子として、温度ヒューズあるいはバイメタル等を用いてもよい。
【００１７】
本発明によれば、前記電池セルは、リチウムイオン二次電池セルである前記二次電池パックが得られる。
【００１８】
本発明の二次電池パックは、特に、エネルギー密度が高いリチウムイオン二次電池セルを用いたリチウムイオン二次電池パックであるのが好適である。リチウムイオン二次電池パックは、他の二次電池パックに比べ、エネルギー密度が高い分、取り扱いの仕方如何によっては、規定以上の発熱やこれにともなう電池セルの劣化を引き起こし易い二次電池パックである。したがって、これらを防止するには、本発明に係る前記一次保護回路および前記二次保護回路からなる保護回路を、前記リチウムイオン二次電池パックに適用するのがより好ましい。
【００１９】
本発明によれば、前記二次電池パックへ、充電電流および充電電圧を制御しながら充電する充電器もしくは充電回路搭載機器であって、前記二次電池パックの第一のサーミスタの信号出力端子および前記第二のサーミスタの信号出力端子から出力される各々の温度情報を基に、前記二次電池パックの良／不良を判定する温度判定回路と、前記二次電池パックに充電する充電電流および充電電圧を制御する充電回路と、前記二次電池パックの不良の警告を表示する表示部を備え、前記温度情報が、あらかじめ設定した所定の温度より大きい場合、前記二次電池パックへの充電を停止する機能を有することを特徴とする充電器もしくは充電回路搭載機器が得られる。
【００２０】
本発明の充電器もしくは充電回路搭載機器は、前記二次電池パックへ充電する際に用いられる装置であって、充電時、前記二次電池パックの前記信号出力端子を介して、前記第一のサーミスタおよび前記第二のサーミスタから取得した各々の温度情報を比較し、あらかじめ設定した所定の温度に達しているか否かを確認し、前記二次電池パックが良品であるか否かを判定するための温度判定回路と、前記温度判定回路が判定した内容を加味し、前記二次電池パックに充電する充電電流および充電電圧を制御する充電回路と、前記温度判定回路による判定が不良であった場合に、その旨を警告し、前記二次電池パックの交換を促す表示を行なう、ＬＥＤ（発光ダイオード）や小型ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等からなる表示部とを備えるのがよい。同時に、前記温度判定回路による判定が不良であった場合は、前記充電回路により、充電電流および充電電圧を制御し、前記二次電池パックへの充電を停止できるようにするのがよい。これにより、前記充電器もしくは充電回路搭載機器を用いて、前記二次電池パックへ充電を行っている人物に対し、前記二次電池パックが良品であるか、あるいは不良品であるかを判断するための情報を提供するとともに、不良品の二次電池パックへの充電を防止することができる。
【００２１】
本発明によれば、前記二次電池パックと、前記充電器もしくは充電回路搭載機器からなる充電システムであって、前記二次電池パックは、少なくとも正極充放電端子と、負極充放電端子と、前記第一のサーミスタの信号出力端子と、前記第二のサーミスタの信号出力端子とを有した接続コネクタを具備し、前記充電器もしくは充電回路搭載機器は、前記接続コネクタを介して、前記二次電池パックへ充電を行なうとともに、前記温度判定回路の判定に基づいて、前記充電を継続または停止することを特徴とする充電システムが得られる。
【００２２】
本発明の充電システムは、前記二次電池パックの所定の箇所に設けられた接続コネクタを介して、前記充電器もしくは充電回路搭載機器から前記二次電池パックへ充電するものである。前記接続コネクタには、充電あるいは放電のために使用される正極充放電端子および負極充放電端子の他に、前記第一のサーミスタの信号出力端子および前記第二のサーミスタの信号出力端子が設けられており、前記充電器もしくは充電回路搭載機器は、前記正極充放電端子および前記負極充放電端子から前記二次電池パックへ充電を行なうと同時に、二つの前記信号出力端子から、前記二次電池パックの温度情報、具体的には、前記第一のサーミスタが取り付けられたＰＴＣサーミスタ等の保護素子の温度情報、および前記第二のサーミスタが取り付けられた電池セルの温度情報を取得し、前記温度情報を基に前記温度判定回路が、充電中の前記二次電池パックが良品であるか否かを判定し、不良品であれば、前記充電器もしくは充電回路搭載機器の表示部が「不良」の警告表示をするとともに、前記充電回路により充電電流および充電電圧を制御して充電を停止し、逆に良品であれば、そのまま充電を継続するのがよい。これにより、前記充電器もしくは充電回路搭載機器を用いて前記二次電池パックへ充電を行っている人物は、前記二次電池パックが不良品であった場合、その不良をいち早く察知し、過充電等に起因する前記二次電池パックの規定以上の発熱やこれにともなう電池セルの劣化を防止することができる。
【００２３】
なお、ここで述べている第一のサーミスタおよび第二のサーミスタは、温度の上昇にともない抵抗値が減少する感温素子、すなわちＮＴＣサーミスタであり、温度の上昇にともない逆に抵抗値が増大する感温素子であるＰＴＣサーミスタとは異なる。また充電回路搭載機器とは、本体に二次電池パックが内蔵され、内蔵された前記二次電池パックに対して、商用電源を通じて、本体から直接充電できるよう設計された電子機器のことであり、例えば二次電池パックを内蔵したノートパソコンやデジタルカメラ等を指す。
【発明の効果】
【００２４】
上述した構成とすることによって、本発明は以下のような効果を奏する。すなわち本発明の二次電池パックは、ＰＴＣサーミスタ等の保護素子の温度を検出する第一のサーミスタからの温度情報、および電池セルの温度を検出する第二のサーミスタからの温度情報を、自身に備えた信号出力端子から出力可能とするとともに、本発明の充電器もしくは充電回路搭載機器は、前記温度情報を基に、前記二次電池パックの良／不良を判定し、これを表示可能とし、かつ前記二次電池パックへの充電の継続および停止が可能であることから、前記二次電池パックと、前記充電器もしくは充電回路搭載機器からなる充電システムを用いることにより、ＰＴＣサーミスタ等の保護素子が前記電池セルから外れ、二次保護回路の温度補償が機能しない場合であっても、即座に充電を停止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のリチウムイオン二次電池パック、充電器もしくは充電回路搭載機器、および充電システムの構成を示すブロック図。
【図２】従来のリチウムイオン二次電池パック、充電器もしくは充電回路搭載機器、および充電システムの構成を示すブロック図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、二次電池パックとしてリチウムイオン二次電池パックを適用した実施例を用いて、図面を参照しながら説明する。
【実施例】
【００２７】
図１は、本発明のリチウムイオン二次電池パック、充電器もしくは充電回路搭載機器、および充電システムの構成を示すブロック図である。
【００２８】
図１に示すように、本発明のリチウムイオン二次電池パック１００は、少なくとも、正極端子１０２および負極端子１０３を有する電池セル１０１と、充放電電流を遮断するＦＥＴ等からなる一次保護回路１０４と、温度補償用の保護素子、例えばＰＴＣサーミスタ１０６からなる二次保護回路で構成される。前記一次保護回路１０４は、前記正極端子１０２と前記負極端子１０３の間に接続され、前記二次保護回路は、前記負極電極１０３と前記一次保護回路１０４の間に接続され、前記二次保護回路を構成する前記ＰＴＣサーミスタ１０６は、前記電池セル１０１に両面テープ１０５で固定される。なお、前記二次保護回路を構成する保護素子は、上述したようにＰＴＣサーミスタ１０６を用いるのが好適であるが、これ以外の保護素子として、例えば温度ヒューズあるいはバイメタル等を用いてもよい。
【００２９】
一次保護回路１０４には、ＦＥＴ等の充放電制御スイッチに加え、第一のサーミスタ１０７および第二のサーミスタ１０８の二つのサーミスタが接続されている。前記第一のサーミスタ１０７の温度検出部は、二次保護回路を構成するＰＴＣサーミスタ１０６の表面の任意の箇所に接着材等にて熱伝導するよう着接され、前記ＰＴＣサーミスタ１０６の表面温度を検出する。また、前記第二のサーミスタ１０８の温度検出部は、前記ＰＴＣサーミスタ１０６の近傍にあって、電池セル１０１の表面の任意の箇所に接着材等にて固定して熱伝導するよう着接され、前記電池セル１０１の表面温度を検出する。
【００３０】
また、リチウムイオン二次電池パック１００の所定の箇所には、充電器もしくは充電回路搭載機器２００から充電、あるいは前記電池セル１０１からの直流出力を放電するための、正極充放電端子（＋）１１０および負極充放電端子（−）１１１を備えた接続コネクタ１０９が設けられており、前記接続コネクタ１０９の前記正極充放電端子（＋）１１０および前記負極充放電端子（−）１１１を介して充電される充電電流は、前記一次保護回路１０４および前記二次保護回路を経由して、前記電池セル１０１へ供給される。また充電によって前記電池セル１０１に蓄電された電気エネルギーは、前記一次保護回路１０４および前記二次保護回路を経由して、前記接続コネクタ１０９の前記正極充放電端子（＋）１１０および前記負極充放電端子（−）１１１を介して放電される。さらに、前記接続コネクタ１０９には、前記第一のサーミスタ１０７および前記第二のサーミスタ１０８が検出した温度情報を出力するための、二つの信号出力端子、すなわち第一のサーミスタの信号出力端子（ＴＨ１）１１２および第二のサーミスタの信号出力端子（ＴＨ２）１１３が設けられている。
【００３１】
また、本発明の充電器もしくは充電回路搭載機器２００は、本発明のリチウムイオン二次電池パック１００の電池セル１０１に対して、前記リチウムイオン二次電池パック１００に設けた接続コネクタ１０９を介して充電を行なう機器であり、少なくとも内部に充電回路２０１、温度判定回路２０２、および外部に表示部２０３を備えている。
【００３２】
前記充電回路２０１は、リチウムイオン二次電池パック１００へ充電する充電電流および充電電圧を制御する。そして、前記温度判定回路２０２は、前記接続コネクタ１０９に設けられた、第一のサーミスタの信号出力端子（ＴＨ１）１１２および第二のサーミスタの信号出力端子（ＴＨ２）１１３からの出力信号、すなわち第一のサーミスタ１０７の温度情報および第二のサーミスタ１０８の温度情報に基づき、温度検出対象であるＰＴＣサーミスタ１０６および電池セル１０１の温度に不具合が生じているか否かを判定する。
【００３３】
具体的には、第一のサーミスタ１０７の温度情報を「ｘ」℃、第二のサーミスタ１０８の温度情報を「ｙ」℃とした場合、前記温度判定回路２０２は、ｙ−ｘ≧２℃、すなわちＰＴＣサーミスタ１０６の表面温度と電池セル１０１の表面温度の差が、２℃以上であれば不具合があると判定する。そして、前記温度判定回路２０２に接続された前記充電回路２０１は、この判定に基づいて、不具合があれば充電電流および充電電圧を制御して充電を停止する。
【００３４】
同時に、前記充電回路２０１に接続された表示部２０３により、例えばＬＥＤの点滅による警告表示、あるいは小型ＬＣＤによる「電池不良！」等の文字情報による警告を表示し、充電を行なっている人物に対して注意を促す。なお、前記表示部２０３は、ＬＥＤ等の視覚的な警告手段を用いた場合を例示したが、これに限らず、ブザー等の聴覚的な警告手段、あるいは充電器もしくは充電回路搭載機器の本体を振動させる物理的な警告手段等であってもよい。
【００３５】
このように、本発明の二次電池パックと、本発明の充電器もしくは充電回路搭載機器を用いて、本発明の充電システムを構成することにより、二次保護回路のＰＴＣサーミスタ等の保護素子が電池セルから外れ、二次保護回路の温度補償が機能しない場合であっても、二次電池パックへ充電を行っている人物は、前記充電器もしくは充電回路搭載機器が警告表示する、前記二次電池パックの良／不良を見極めて、不良品であれば充電を即座に停止し、前記二次電池パックの規定以上の発熱やこれにともなう電池セルの劣化を防止することができる。
【００３６】
以上、実施例を用いて、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、本実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、二次電池パック、特に角型のリチウムイオン二次電池パックと、これに充電を行なうクレイドル等の充電器もしくはノートパソコン等の充電回路搭載機器、およびこれらを用いた充電システムに係る技術分野での利用が可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１００，３００    リチウムイオン二次電池パック
１０１，３０１    電池セル
１０２，３０２    正極端子
１０３，３０３    負極端子
１０４，３０４    一次保護回路
１０５，３０５    両面テープ
１０６，３０６    ＰＴＣサーミスタ
１０７    第一のサーミスタ
１０８    第二のサーミスタ
１０９，３０９    接続コネクタ
１１０，３１０    正極充放電端子（＋）
１１１，３１１    負極充放電端子（−）
１１２    第一のサーミスタの信号出力端子（ＴＨ１）
１１３    第二のサーミスタの信号出力端子（ＴＨ２）
２００，４００    充電器もしくは充電回路搭載機器
２０１，４０１    充電回路
２０２    温度判定回路
２０３    表示部
【図１】
2010165579.tif 000003
【図２】
2010165579.tif 000004